• Smart Structures and Systems
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• 제18권6호
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• pp.1189-1202
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• 2016

This paper describes an application of wavelet analysis for damage detection of a steel frame structure with bolted connections. The wavelet coefficients of the acceleration response for the healthy and loosened connection structure were calculated at each measurement point. The difference of the wavelet coefficients of the response of the healthy and loosened connection structure is selected as an indicator of the damage. At each node of structure the norm of the difference of the wavelet coefficients matrix is then calculated. The point for which the norm has the higher value is a candidate for location of the damage. The above procedure was experimentally verified on a laboratory-scale 2-meter-long steel frame. The structure consists of 11 steel beams forming a four-bay frame, which is subjected to impact loads using a modal hammer. The accelerations are measured at 20 different locations on the frame, including joints and beam elements. Two states of the structure are considered: healthy and damaged one. The damage is introduced by means of loosening two out of three bolts at one of the frame connections. Calculating the norm of the difference of the wavelet coefficients matrix at each node the higher value was found to be at the same location where the bolts were loosened. The presented experiment showed the effectiveness of the wavelet approach to damage detection of frame structures assembled using bolted connections.

• Steel and Composite Structures
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• 제6권2호
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• pp.139-157
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• 2006

In this paper, a cyclic mechanical model is presented to simulate the behaviour of top and seat with web angle beam-to-column connections. The introduced mechanical model is compared with Eurocode 3 Annex J, its extension, and with experimental data. To have a better insight regarding the actual response of the joints, available results of the experiments, carried out on full-scale top and seat angle joints under monotonic and cyclic loading, are first considered. Subsequently, a finite element model of the test setup is developed. The application of the proposed model, its comparisons with the experimental curves and with the Eurocode 3 Annex J and with its modification, clearly show the excellent quality of the model proposed.

• Steel and Composite Structures
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• 제24권6호
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• pp.643-658
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• 2017

High strength preloadable bolt assemblies are commonly adopted in beam-to-column bolted connections. Nowadays, two systems of high strength preloadable grade 10.9 bolt assembly are recommended in Europe for structural applications, namely HR and HV, which are characterized by different failure modes. Recently, experimental tests performed on HR and HV bolt assemblies highlighted that the type of bolt assembly may significantly influence the joint response. Therefore, the accuracy of numerical modelling of bolt assemblies is crucial to simulate effectively the non-linear behaviour of bolted joints with either failure mode 2 or mode 3 of the bolt rows. In light of these considerations, this present paper describes and discusses some modelling criteria for both HR and HV bolts to be implemented in 3D finite element models by finite element analysis and structural designers. The comparison between the calibrated models and experimental results shows the accuracy of the proposed assumptions in simulating all stages of assembly tensile response.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제8권3호통권28호
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• pp.151-160
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• 1996

The fatigue test under the constant amplitude repeated loading is performed to investigate the fatigue behavior of the Torque Shear type high tension bolted joint which is able to manage the axial force uniformly. From the test results, it's known that the reduction of the axial force of T/S bolt followed by the elasped time is similar to that of the high tension bolts. The difference of relaxation is not occurred according to the position of bolts, the size of the introduced axial force but the effect of the variation of temperature is large. In the reduction of the axial force followed by the cumulation of the fatigue load, the outer bolt is larger than the inner bolt. This result depends on the difference in the distribution of the non-slip zone. The variation of the surface roughness affects the slip and the reduction of the anal force.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권2호통권31호
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• pp.171-179
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• 1997

고장력 볼트 이음부에서의 힘의 전달은 부재간의 압축력 및 볼트축력에 의하여 외력과 균형을 이룸으로서 형성되어지며, 부재간의 압축력, 도입된 축력의 변화 및 미끄러짐하중 등은 볼트 체결부 및 볼트의 유효강성에 지배된다. 이때 유효강성은 일반적으로 접합부의 유효단면적과 탄성계수의 곱으로 나타내어지지만 접합부재의 유효단면적이 어느 정도가 되는지는 판단하기가 쉽지가 않다. 이를 위해서 종래에는 이음부의 탄성변형에 관계하는 유효단면적을 등가중공원통형으로 가정하여 이에 대한 여러 가지 검토가 이루어졌다. 그러나 이러한 제안식들은 설계상의 목적과 복잡한 계산을 피하기 위하여 매우 단순화시킨 것으로 어느 식이 타당한 지는 단정하기가 어려우며 이에 대한 상세한 해석적인 검토 및 실험적인 검증이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 볼트 축력에 의한 접합부재의 유효단면적 산정과 이에 대한 검증을 위하여 고장력 볼트 이음 시험편에 대해 피로시험을 실시하고 반복하중 재하 후의 마찰면의 형상을 관찰하여 유효마찰 영역을 측정하였으며, 유한 요소법에 의해 수치 해석을 실시하여 내부 압축응력의 분포형상을 밝히고 접촉면상에 발생하는 응력 분포영역을 근사화하므로서 마찰면의 형상과 내부 압축응력의 분포영역과의 관계 그리고 유효단면적의 산정 방법을 고찰하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제9권3호통권32호
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• pp.421-430
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• 1997

본 연구에서는 숏브라스트한 후 무기징크 페인트로 도장한 무기징크면, 연마면, 흑피면에 대하여 정적 및 피로시험을 수행하여 기존의 연구결과와 비교평가함으로써 마찰면의 표면상태에 따른 고장력볼트 마찰이음부의 정적 및 피로거동을 규명하고자 하였다. 본 연구의 목적을 달성하기 위하여 일련의 정적 및 피로시험을 실시하고 토크관리법의 타당성 평가, 미끄러짐계수의 도출, 도입축력의 감소률 규명, 피로강도의 평가, 마찰면의 압축력 분포 조사 등을 수행하였다. 본 실험결과와 기존 연구자들의 연구결과를 종합적으로 검토한 결과 볼트의 설계축력 도입을 위한 토크관리법은 타당하며, 시간경과 및 반복하중의 작용에 따른 축력감소율을 고려할 때 설계축력의 110%로 초기축력을 도입하도록 규정한 시방서 기준은 적합한 것으로 평가되었다. 시간경과에 따른 도입축력의 초기감소율은 경과시간의 상용로그에 비례하는 것으로 나타났으며, 도입직후 약 20시간이 경과하면 일정한 값으로 수렴되고 있음을 알 수 있었고 이들은 마찰면의 표면조도와는 상관관계가 없는 것으로 평가되었다. 미끄러짐계수는 연마면, 무기징크프라이머 도포면, 흑피면 순으로 크게 나타났으며 미끄러짐하중은 도입축력에 크게 좌우되나 도입축력이 크면 마찰면의 표면조도의 손상으로 인하여 미끄러짐계수가 작아져 도입축력과 미끄러짐하중 사이에는 선형적 비례관계가 성립되지 않음을 알 수 있었다. 마찰면의 압축력 분포를 조사한 결과 내측볼트 주변의 마찰면적이 외측볼트 주변보다 응력방향에 있어서 더 넓게 분포하고 있는 것을 알 수 있었으며, 이는 외측볼트로부터 마찰접합에서 지압접합으로 천이되고 있는 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.279-288
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• 2008

본 논문에서는 압축력을 받는 고장력 볼트 마찰이음부의 미끄러짐 거동을 3차원 유한요소 해석 및 실험을 통하여 규명하였다. 모재의 두께가 고장력 불트이음부에 끼치는 영향을 미끄러짐 하중, 볼트의 변형 및 파괴하중과의 관계와 함께 파악하였다. 초기 미끄러짐 하중 이후의 볼트의 강성을 고려한 이음부의 거동 모델을 제시하고 유한요소해석 및 실험을 통하여 비교, 분석하였다. 범용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS에서 지원되는 고체요소를 사용하여 해석모델을 작성하였고 모재 사이의 마찰 및 미끄러짐이 발생한 이후 볼트와 모재 사이의 마찰 등을 고려하였다. 기존의 문헌에 제시된 여러 가지 강재의 응력-변형도 관계를 적용하였으며 미끄러짐 변위와 볼트 주변의 축응력들을 비교하였다. 모재의 두께가 볼트의 직경보다 작은 경우에는 압축력에 의한 휨좌굴에 시험체에 발생하였고 모재의 두께가 볼트 직경보다 두꺼운 경우에는 볼트의 전단파괴가 이음부의 극한강도를 나타냄을 파악하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제10권3호통권36호
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• pp.355-367
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• 1998

볼트 구멍의 크기가 고장력 볼트 이음부의 역학적 거동 및 내부 압축응력 분포에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 과대공 및 표준공을 갖는 고장력 볼트 이음부에 대한 실험 및 해석적 연구를 실시하였다. 실험적 연구에서는 정적 인장시험과 피로시험을 실시하여 미끄러짐 특성, 피로강도 및 피로파단 양상을 평가하였으며, 해석적 연구에서는 유한요소해석을 통하여 내부 압축응력의 분포영역을 밝히고, 내부 압축응력의 분포가 역학적 거동에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과, 과대공을 갖는 고장력 볼트 이음부의 미끄러짐 계수와 피로강도는 표준공을 갖는 이음부와 비교하여 큰 차이는 없으나 다소 감소하는 경향이 나타났다. 이러한 원인은 과대공 시험편의 경우 볼트 구멍의 크기가 표준공 시험편과 비교하여 상대적으로 크기 때문에 축력의 작용폭이 좁아져 마찰영역으로 작용하는 내부 압축응력의 분포영역이 작아지기 때문으로 판단되며, 이는 유한요소해석 결과로도 확인할 수 있었다. 또한, 피로시험 결과 과대공 시험편의 피로균열의 발생점이 표준공 시험편 보다 볼트 구멍 내벽에 가까운 것을 알 수 있어, 피로균열의 발생위치는 고장력 볼트의 도입축력에 의해 모재와 이음판에 형성되는 내부 압축응력의 분포영역과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.617-626
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• 2014

본 연구에서는 드릴천공 대비 산소토치로 볼트홀을 천공한 강재의 인장강도 평가와 지압이음강도 평가를 위한 실험 연구를 수행하였다. 강재의 인장강도 평가를 위해 앵글과 H-형강으로부터 각각 두께 10mm와 20mm의 드릴 및 산소천공 시험편을 제작하였다. 지압이음강도의 평가를 위해서는 모재와 첨접판을 드릴천공한 강재와 산소천공한 강재를 조합하여 시험체들을 제작하고 볼트이음강도 평가 실험을 수행하였다. 한편, 산소천공 시 열영향으로 인한 볼트홀 주위의 강재 성질의 변화를 평가하기 위해 비커스 경도를 측정하고 그 결과를 제시하였다. 또한, 산소천공 시 볼트홀 주위의 경도 증가에 따른 볼트이음강도의 평가를 위해 수치해석을 수행하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.65-71
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• 2008

본 논문은 유닛 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기둥과 냉간성형 LEB C-형강 보가 볼트 접합된 접합부를 가진 모듈러 건물의 시공성을 평가하는 것이 연구의 목적이다. 모듈러 건축의 장점은 공사기간 단축, 경량성, 이동가능성 등으로 볼 수 있다. 반면에 유닛 또는 모듈의 운송비용이 공사비 절감 비용을 반감시킬 수 있고 많은 공장들이 외부 지역에 있으므로 이들을 도심지나 원하는 지역으로 이동하기 위해서는 비용이 추가된다. 그리고 유닛이나 모듈 설치에 크레인 등의 장비 사용으로 인해 시공비용이 증가될 수 있는 단점들이 존재한다. 본 연구에서는 앞서 연구한 모듈형상에 근거하여 해체조립이 용이한 모듈러 건축물의 시공사례를 통하여 공기, 비용 등 측면에서 기존 연구와 비교분석을 진행하여 모듈러 건물의 시공성을 평가하고자 한다.